Инициальное морфологическое развитие всех эпителиальных органов (включая усы, волосяные фолликулы, молочные железы и зубы) сходно и управляется эпителиально-мезенхимными взаимодействиями. Зубы млекопитающих формируются в результате серии эпителиально-мезенхимных взаимодействий во время одонтогенных программ развития, от раннего формирования паттерна будущей дентальной оси до инициации развития зубов в специфических местах эктодермы. Развитие зубов начинается, когда мандибулярный эпителий инструктирует производные нейрального гребня эктомезенхимные клетки агрегировать в специфически х местах. Члены семейств
Bmp, FGF, Hedgehog и Wnt, сигнальные молекулы индуцируют раннюю регионально ограниченную экспрессию нижестоящих генов-мишеней в одонтогенной эктомезенхиме.
Bmp первоначально экспрессируется в эпителии (Е9.0) лицевых отростков, но позднее его экспрессия сдвигается в мезенхиму. Это сопровождается подавлением экспрессии мРНК
Bmp4 в эпителии (Е10.5), лежащем поверх максиллярного и мандибулярного отростков и обнаруживается только очень слабый сигнал в подлежащей мезенхиме обоих отростков. Однако, экспрессия
Bmp4 обнаруживается снова на стадии Е11 внутри эпителия и сохраняется здесь в течение короткого времени во время стадии почки (Е12-Е13) и затем сдвигается полностью в кондесированную зубную мезенхиму вокруг эпителиального зачатка. Этот сдвиг в одонтогенном потенциале ассоциирует с конденсацией мезенхимы и синтезом нескольких молекул ECM, включая syndecan и tenascin.
Bmp4 индуцирует мезенхимную экспрессию
Msx1, который в свою очередь необходим для экспрессии в мезенхиме
Bmp4/ У
Msx1-нулевых мышей экспрессия
Bmp4 достоверно снижается в молярной мезенхиме, а развитие зубных зачатков останавливается. Однако,
Msx2 играет важную роль на последних стадиях развития зубов. Самые ранние дефекты в
Msx2-нулевых зачатках зубов обнаруживаются на ст. Е16.5, а
Msx2-нулевые моляры подвергаются сильной дегенерации, тогда как резцы становятся ломкими и неправильно расположенными. Подтверждена регуляторная роль
TGF-β1, Bmp2, 4, 7 в дифференцировке клеток пульпы в преодонтобласты, влияние на экспрессию генов и стимуляцию секреции матрикса. Продолжающаяся экспрессия
Msx2 и Dlx2 и драматическое увеличение экспрессии
tenascin и alkaline phosphotase в мезенхиме совпадает с минерализацией зубов. После межклеточных взаимодействий производная нейрального гребня мезенхима дифференцируется в одонтобласты и цементобласты, откладывающие
dentin и cementum, соотв. Нейральный гребень даёт также высоко организованную ткань periodontal ligament (PDL) между цементом и альвеолярной костью. PDL обладает замечательной способностью возобновлять и репарировать, играя важную роль в периодонтальной регенерации. Кроме того фибробластные PDL клетки, как полагают, являются мультипотентными клетками, которые м.б. источником остеобластов для продолжающегося ремоделирования альвеолярной кости челюстей. Клетки PDL обладают остеобласт-подобными свойствами, такими как активность
alkaline phosphotase, чувствительностью к
parathyroid hormone и продукцией
sialoprotein в ответ на 1,25-дигидроксивитамин D
3.
Periostin первоначально был назван
osteoblast-specific factor-2 (Osf-2), он был выделен из линии остеобластных клеток мышей МС3Т3-Е1. Эти клетки легко подвергались остеобласной дифференцировке в ответ на витамин D и
parathyroid hormone. Periostin обладает структурным сходством с
fasciclin-I насекомых, гомофильным адгезивным белком, участвующим в ведении ростового конуса нейронов, он м.б. индуцирован с помощью
TGF-β и
Bmp2 . Очищенный рекомбинантный периостин является лигандом для α
vβ
3 и α
vβ
5 интегринов и они способствуют интегрин-зависимой клеточной адгезии и усиливают клеточную подвижность. Оригинальный кДНК клон содержит 3187 п.н. и содержит открытую рамку считывания в 2436 п.н., что соответствует 811 аминокислотам. OSF-2/periostin человека на 89.2% идентичен мышиному белку. Имеется 5 изоформ
periostin с отличиями в С-терминальном домене и по постоянным in-frame делециями или инсерциями, указывающими на события альтернативного сплайсинга. Секретируемый сцепленный с дисульфидами белок в 90 кДа был очищен и назван "periostin" из-за его локализации в надкостнице и периодонтальной связке. Недавно было продемонстрировано, что мРНК
periostin активируется в местах давления в кости и периодонтальной ткани, ремоделируя после механических стрессов во время экспериментального перемещения зубов. Важно, что
periostin играет роль в различных патологических условиях. Показано, что встречаются повышенные уровни
periostin в выборках опухолей из нейробластомы , в эпителиальных раках яичников и у пациентов с не-мелкоклеточной карциномой легких, которые подвергаются эпителиально-мезенхимным трансформациям и метастазированию. Предполагается также, что он отвечает за отложения ECM после инфаркта миокарда. Учитывая, сто клеточные взаимодействия не всегда прямые и что внеклеточная среда участвует в передаче сигналов, авт. изучали паттерн экспрессии и локализацию
periostin, белка, секретируемого в ECM во время развития зубов и периодонтальной лигаменты.
Изучали экспрессию мРНК и белка
periostin в нормально развивающихся зубах и у Bmp4- и Msx2-нулевых эмбрионов мышей. мРНК
periostin первоначально присутствует на стадии Е9.5 в эпителии первой бранхиальной дуги и затем сдвигается в подлежащую эктомезенхиму. И мРНК и белок
periostin асимметрично локализуются на язычно/нёбной и щёчных сторонах во время ранних эпителиально-мезенхимных взаимодействий. Periostin присутствует также в клетках зубных сосочков и внутри транс-дифференцирующихся одонтобластов во время стадий образования колокола и твёрдых тканей развивающихся зубов. Предполагается, что periostin играет множественные роли в развитии зубов и может быть связан с отложением и организацией из других адгезивных молекул внеклеточного матрикса во время поддержания взрослых зубов, особенно в местах соприкосновения твердых и мягких тканей.
DISCUSSION
This Is the first study to show expression of periostin mRNA in the developing mouse dental tissues. In this study, we have successfully described the spatial and temporal expression of periostin during the normal developmental process and how expression is altered rn both the Bmp4- and Msx-null mutants. Significantly, periostin is present throughout all stages of mouse tooth development particularly within the embryonic sites of epithelial-mesenchymal interaction and by later newborn cells that trans-differentiate from one phenotype into another. Our data show that periostin is expressed early in epithelial and mesenchymal cells destined to form the mineralized tissues of the tooth and periodontum. Expression of periostin was also observed in the adult PDL and dental pulp at the sites of hard-soft tissue interfaces and was noticeably absent from terminally differentiated mineralized tissues.
Our results demonstrate that periostin mRNA is expressed early within the E9.5 first branchial arch epitheltum overlying the mesenchyme, before any overt morphologic changes associated with tooth induction and early morphogenesis (Bennett et aL 1995; Bachier and Neubuser, 2001) and the protein is secreted into the ECM adjacent to the epithelium.
During the bucking, cap, and bell stages, the highest levels of periostin mRNA and protein expression are localized immediately surrounding the dental epithelium, of expanding tooth bud and cells proliferating from the cervical loop epithelial sheath. Similar to tenascin, an ECM multimodular glycoprotein that possesses neurite outgrowth-stimulating properties (Sahlberg et al, 2001), periostin expression is predominantly in the ECM surrounding migratory cells and tissues. Significantly, tenascin has an almost Identical spatio-temporal expression pattern during tooth development to that of periostin and is also regulated by TGF-p 1 and FGFs. Given the association of periostin with various integrins (Gillan et aL 2002) and the colocalization with several ECM molecules, the presence of periosfin within the ECM may create the appropriate micro-environment enabling the epithelial tooth bud and cervical loop to invade the dental mesenchyme. Because periostin is responsive to several well-known developmental^ important signaling molecules such as TGF-p (Horiuchi et al., 1999), Bmp2 (Ji et al., 2000), Wnt3 (Haertel-Wies-mann et al., 2000), and Twist (Os-hima et al., 2002), we suggest that periostin may act as one of the epithelial-mesenchymal responder genes that enables cellular migration and transformation.
One striking feature of both the periostin mRNA and protein localization is that both are asymmetrically expressed and are present at a much higher intensity within the condensing mesenchyme on the lingual/palatal side of the epithelial ingrowth rather than the buccal side. Teeth, and particularly molars, are not symmetrical structures. Crown patterning is thought to be controlled by the enamel knot, and although periostin is not expressed within this structure, it is expressed in the adjacent mesenchyme. After
Bmp4-mediated apoptosis of the enamel knot, the mesenchyme assumes the inductive role (Jernvall et al., 1998). Several other genes are also known to be asymmetrically expressed by the ectomesenchymal cells surrounding the tooth germ, indicating possible influence of this structure on the future shape of the tooth. In contrast to periostin, Bmp4 is predominantly expressed on the buccal side of the tooth germ (Vaahtokari et al., 1996; Aberg et al., 1997). However, similar to periostin, both Fgf10 (Kettunen et al., 2000) and αv-integrin (Salmivirta et ai., 1996) are predominantly expressed on the lingual side. The asymmetric coexpression of both periostin and αv-integrin is intriguing, given that human periostin secreted by epithelial ovarian carcinoma has been Shown recently to be a ligand for av-p3 and av-p5 integrins and promote cell motility in vitro (Gilian et al., 2002). These data indicate that periostin may function as a ligand for integrins to support adhesion and migration specifically of the lingual elements and may stabilize the future shape of the teeth.
Numerous reports and reviews have described the many interactions and central roles played by Bmps (particularly Bmp4) and Msxs during tooth development (Chen et al., 1996). However, neither Bmp4, Msx2, or Msxl/2 are required for the onset and normal initial expression of periostin. Given that Bmp4 has been shown to play a regulatory role in both the dental epithelium and mesenchyme of several different genes at this stage (Vaahtokari et al,, 1996; Aberg et al., 1997), our data suggest that epithelial periostin expression is not dependent upon the epithelial Bmp4 signaling pathway. Because Bmp4 mutants are fairly severely affected, growth retarded, and that the 50% that survive gastrulation all die around El 1.0, we are unable to determine whether the switch in periostin expression from the epithellium to the mesenchyme is Bmp4-dependent. Of interest, Msxl is expressed in dental mesenchyme and excluded from epithelium in early stages and is required for mesenchymal expression of Bmp4 (Chen et aL 1996; Bei et al., 2000). M$x2 itself is thought to ploy a major rote during In later stages of tooth development, as Msx2-null mice molars andergo severe degeneration and the incisors are brittle and misaligned (Satokata et al 2000). Msx2 Is not expressed by ameloblasts, but It Is expressed in ovoid preodontoblasts and subjacent papilla cells and may suppress osteocalcin expression Immediately preceding odontoblast terminal differentiation (Bidder etal., 1998). Significantly, periostin is normally expressed within Msxl/2 double-nulls and Is only overexpressed In the adult Msx2-null PDL. As PDL cells are known to have osteoblast-like properties and that there is cross-talk between Msx/DIx homeobox genes and vitamin D during tooth mineralization (Lezot et al., 2002), these data may indicate that the continued elevated levels of periostin are preventing normal mineralization. However, given that the viable Msx2-null adult mice are maintained on powdered food/the difference in periostin mRNA expression may be caused by a nonspecific lower mechanical load upon the teeth/PDL as the mice do not have to chew solid food.
Periostin is also highly expressed in the PDL during its morphogenesis and development and in the adult animal. The PDL is a soft connective tissue interposed between the roots of teeth and alveolar bone, and it is characterized by rapid turnover and a high remodeling capacity, which give it adaptability, maintaining a constant width despite being exposed to rapidly changing physical forces such as mastication, speech, and orthodontic tooth movement (Kirkham et al., 1993; Beertsen et al., 1997). Periostin protein continues to be highly expressed in the developing dental follicle and In the adult mouse periodontium, particularly at the sites of hard-soft tissue interfaces. This finding is significant as recent studies have demonstrated that cells in the circumference of the dental follicle migrate in an apical direction, suggesting cells migrating through the dental follicle connective tissue may contribute to the formation of the periodontium (Diekwisch, 2002). Additionally, active movement of PDL fibrobtasts is
thought to be an important compo-nent of tooth eruption (Weinreb et al., 1997) and that periodontal fiber disruption (which occurs during increased stretching) can provide a mechanism to stabilize the eruption site (Katona and Qiaa 2001). Given that periostin is also highly expressed in the dental follicle and PDL ECM during and after tooth eruption, periostin's role may be to create an environment appropriate for cell migration within the dental follicle during periodontium formation, for fibroblast movement during tooth eruption or for osteoclast recruitment and activation. Given that fibroblast are the predominant cell type within the PDL (Beertsen ef al. 1997) and are capable of producing and digesting matrix components, fibroblastic cells have been assumed to be responsible for self-renewal of the PDL and regeneration of periodontal tissue (Beertsen et al., 1997). Fibroblastic cells of the PDL have also been suggested to be a source of osteoblasts for continued remodeling of alveolar bone of the mandible as studies have demonstrated that cells isolated from the PDL have osteoblast-like properties, such as alkaline phosphatase (ALPase) activity (Yamashita et al., 1987), are responsive to PrH (Nojima et al., 1990) and produce bone sialoprotein in response to 1,25-dihydroxyvitamin D3 (Nojima et al., 1990). Significantly, periostin-expressing MC3T3-E1 cells have osteoblast-like properties, such as ALPase activity, are responsive to PTH and produce bone sialoprotein in response to 1,25-dihydroxyvitamin D3 (Takeshita et al., 1993). The mechanism of induction of PDL cells to become either osteoblast or cementoblast has been suggested to be dependent upon the microenvironment (Salto et af., 2002). Thus, the continued high expression of both periostin mRNA and protein within the adult PDL ECM may indicate that periostin maintains the PDL as a nonminerallzed tissue and as a renewable source of cells required for the regeneration of the aveolar bone and root cementum. Further studies may determine the potential role of periostin in the alveolar bone regeneration process and whether it
is affected during the pathogenesis of periodontal diseases.
больничный лист можно купить здесь. На сайте dverist вы можете купить лучшие
двери из массива дерева.
Сайт создан в системе
uCoz 
